涨知识！了解燃料电池

什么是燃料电池？

燃料电池是一种只使用化学燃料和氧化剂产生电能的电化学电池。依赖氢气作为化学燃料的燃料电池是完全无碳的，它们唯一的副产品是电、热和水。

根据最终应用，燃料电池的尺寸和应用技术可能会有很大的不同。一些燃料电池更小，类似于传统电池类型，用于为叉车提供动力。还有一些是大型塔，可以替代现有能源，并可能为整个设施发电（或备用发电）。

燃料电池如何发电？

燃料电池主要由两个双极（阳极和阴极）板组成，由催化剂和电解质材料隔开。在氢燃料电池中，氢气流入带负电的阳极板，而氧气充满带正电的阴极板。

阳极中的氢和阴极中的氧想要反应并形成水，但由于电解质的原因，氢不能通过燃料电池的氧侧。电解质材料只允许带正电的离子通过（氢原子是中性的，只有一个质子和一个电子）。

然而，催化剂将氢原子分开，将电子从质子中分离出来。这使得质子能够穿过电解质，而电子则留在电解液中。为了让电子接触质子并形成水，需要连接一根电线以帮助电子通过并发生反应。当电子通过电线时，产生水，然后从系统中排出。

电只是移动电子，因此通过电线的电流可以为车辆、设施甚至卫星供电。当燃料（在这种情况下是氢）和氧气供应充足时，燃料电池将始终具有发电能力。

什么材料用于制造燃料电池？

燃料电池技术可以根据应用和所需功率输出的不同而显著变化。一般的准则是，所需的功率越大，燃料电池必须越大。这篇文章的重点是聚合物电解质膜（ polymer electrolyte membrane， PEM）燃料电池，这是一种用于为车辆提供动力的常见燃料电池类型。

PEM燃料电池的两个主要部件是膜电极组件（membrane electrode assembly，MEA）及其周围的硬件。MEA包括电解质膜、催化剂层和气体扩散层，其中发生化学反应以发电。通常在MEA中发现的材料包括聚合物、离聚物、铂粉（作为催化剂）和涂有涂层的碳纸（以扩散气体并避免快速积水）。

MEA周围的硬件包括双极板和垫圈。每个单独的MEA产生的电压不超过1 V，因此通常它们被堆叠以达到所需的电压，每个电池由双极板和垫圈分隔，以保持紧密密封。这些双极板是使用Ulbrich的精密合金制造的最常见的燃料电池组件，但也可以使用其他各种金属部件。